دورسنجی تبخیر- تعرق واقعی و ضریب گیاهی سیب با استفاده از تصاویر سنجنده مودیس و مدل سبال (مطالعه موردی: دشت اهر، ایران)

نویسندگان

1 دانشیار بخش مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی، بخش مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

رخداد گرمایش فراگیر و پیآمد آن تغییر اقلیم، تولید گیاهی را در برخی از اقلیم ها با چالش روبه رو کرده است. با توجه به اقلیم خشک و نیمه خشک ایران و کمبود آب شیرین، یکی از راهکارهای کاهش اثرات تنش آبی بهبود مدیریت منابع آب و سرانجام افزایش کارآیی مصرف آب است. برآورد دقیق تبخیر- تعرق و نیاز آبی گیاهان در گستره وسیعی می تواند در بهبود مدیریت کشت و تخصیص آب کارآمد باشد. در این پژوهش از تصاویر سنجنده مودیس و مدل سبال، که یکی از پرکاربردترین و دقیق ترین مدل های سنجش از دور می باشد، برای برآورد دقیق تبخیر- تعرق واقعی در دشت اهر در استان آذربایجان شرقی و در سال زراعی 93-92 استفاده شد. اساس محاسبات در این مدل بر معادله ترازمندی تابش در سطح زمین استوار است. مدل سبال با استفاده از دمای سطحی، بازتابندگی سطحی و نمایه تفاوت نرمال شده گیاهی (NDVI) پارامترهای این معادله را برآورد می کند. یافته های به دست آمده نشان داد که تبخیر- تعرق واقعی از آغاز فصل (با 0/59 میلی متر بر روز) تا نیمه های تابستان روندی افزایشی داشت، به گونه ای که در 27 تیر 93 مقدار آن به بیشینه (10/1 میلی متر بر روز) رسید. نقشه های پراکندگی مکانی شاخص های گیاهی و پارامترهای معادله تراز تابش نشان داد که مناطق جنوبی دشت که بالاترین تراکم گیاهی را دارا هستند، بیش ترین میزان تبخیر- تعرق واقعی را به خود اختصاص داده اند. نتایج مقایسه آماری بین تبخیر- تعرق واقعی حاصل از مدل سبال و روش معیار پنمن- مانتیث- فائو نیز نشان داد که در سطح اطمینان 95 درصد اختلاف معنی داری میان این دو روش وجود ندارد. همچنین همبستگی بالایی (0/92= r) میان داده های دو روش دیده شد. ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) برابر با 0/96 میلی متر بر روز برآورد شد، که نشان دهنده دقت پذیرفتنی مدل سبال در برآورد تبخیر- تعرق در منطقه می باشد. از یافته های این پژوهش نتیجه گرفته می شود که برآورد تبخیر- تعرق با روش سنجش از دور، برآورد دقیقی از پهنه فراهم می کند و این برتری خوبی بر روش های نقطه ای است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Remotely sensed measurements of apple orchard actual evapotranspiration and plant coefficient using MODIS images and SEBAL algorithm (Case study: Ahar plain, Iran)

نویسندگان [English]

  • M. Raeini-Sarjaz 1
  • A. Rostami 2
1 Associate Professor, Water Engineering Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
2 Ph. D. Candidate of Irrigation and Drainage, Water Engineering Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
چکیده [English]

Global warming and its consequence, climate change impede crop production in some regions. As Iran mainly consists of arid and semiarid regions and water scarcity is the main feature of such climates, decrease of the water shortage impacts is essential. Therefore, improvement of water resources management and increase of water use efficiency may be one of the main strategies to overcome these shortcomings. Precise evapotranspiration and crop water requirement estimation could beneficially improve cultivation management and water allocation. To precisely estimate actual evapotranspiration (ETa) of apple orchard trees at Ahar plain, East Azerbaijan province, MODIS images and SEBAL algorithm were employed. The energy balance equation was used to make calculations. SEBAL model calculates the energy balance equation parameters by using of surface temperature, surface reflectance and normalized difference vegetation index. Based on achieved data the actual evapotranspiration has an increasing trend toward middle of summer and the highest actual evapotranspiration value (10.1 mm d-1) occurred on 18th July, 2014. The spatial distribution of crop indices and energy balance components revealed that southern part of the plain beside of having the highest crop density it has also the highest amount of evapotranspiration. Highly significant correlation (r=0.92) was found between SEBAL and Penman-Montieth-FAO estimated ETa values. Meanwhile, t-test showed no significant difference between the two set of data with a RMSE value 0.96 mm d-1. It could be concluded that regional estimation of ET based on remote sensing approach, may be used as an acceptable alternative to point methods for estimation of crop water requirement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ahar
  • evapotranspiration
  • Remote Sensing
  • SEBAL model

اکبری، م.، سیف، ز.، زارع ابیانه، ح. 1390. برآورد میزان تبخیر- تعرق واقعی و پتانسیل درشرایط اقلیمی مختلف با استفاده از سنجش از دور. آب و خاک، 25 (4): 844-835.

امیدوار، ج.، داوری، ک.، ارشد، ص.، موسوی بایگی، م.، اکبری، م.، فرید حسینی، ع. 1391. برآورد تبخیر و تعرق واقعی با استفاده از تصاویر سنجنده استر و مدل متریک. مهندسی آبیاری و آب، 3 (9): 49-38.

پورمحمدی، س.، دستورانی، م.، مختاری، م.، رحیمیان، م. 1389. تعیین و پهنه‌بندی تبخیر- تعرق واقعی توسط تکنیک سنجش از دور و الگوریتم سبال (مطالعه موردی: حوزه آبخیز منشاد در استان یزد). علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 21 (4): 30-21.

دانش­کار آراسته، پ.، تجریشی، م.، ثقفیان، ب. 1384. تعیین دمای سطح با استفاده از فناوری سنجش از دور در منطقه سیستان. آب و آبخیز، 29-20.

علی اصغرزاده، ح.، ثنائی نژاد، س. ح. 1385. تخمین تبخیر و تعرق با استفاده از داده های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در حوضه آبخیز تنگ کنشت کرمانشاه. همایش ملی مدیریت شبکه‌های آبیاری و زهکشی، دانشگاه شهید چمران اهواز.

غلامی سفیدکوهی، م. ع.، میرلطیفی، س. م.، محمدی، ک.، علیمحمدی، ع. 1389. برآورد ضریب گیاهی و تبخیر- تعرق واقعی گندم با استفاده از سنجش از دور، مطالعه موردی: حوضه گرگان‌رود. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 2 (4 ): 231-222.

قمرنیا، ه.، رضوانی، س. و. 1393. محاسبه و پهنه‌بندی تبخیر- تعرق با استفاده از الگوریتم سبال (SEBAL) در غرب ایران (دشت میان‌دربند). آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 28 (1): 81-72.

کاویانی، ع.، سهرابی، ت.، دانش کار آراسته، پ. 1390. کاربرد الگوریتم SEBAL در تخمین تبخیر- تعرق واقعی و بهره­وری آب کشاورزی در دشت قزوین و مقایسه نتایج آن با داده­های لایسیمتر. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 2 (5): 175-165.

مباشری، م .ر.، خاوریان، ح.،  ضیائیان، پ.، کمالی، غ. 1384. برآورد تبخیر- تعرق واقعی با استفاده تصاویر  MODIS  و الگوریتم سبال. همایشژئوماتیک، تهران، سازمان نقشه برداری کشور.

میر یعقوب زاده، م. ح.، سلیمانی، ک.، حبیب نژاد روشن، م.، شاهدی، ک.، عباس‌پور، ک.، اخوان، س. 1393. تعیین و ارزیابی تبخیر- تعرق واقعی با استفاده از داده‌های سنجش از دور (مطالعه موردی حوزه آبخیز تمر گلستان). مهندسی آبیاری و آب، 4 (15): 102-89.

Allen, R. G., Morse, A., Tasumi M. 2003. Application of SEBAL for western US rights regulation and planning. ICID workshop on remote sensing of ET for large regions.

Bashir, M. A., Hata, T., Tanakamaru, H., Abdelhadi, A. W., Tada, A. 2008. Satellite-based energy balance model to estimate seasonal evapotranspiration for irrigated sorghum: a case study from the Gezira scheme, Sudan. Hydrol. Earth Syst. Sci., 12(4): 1129–1139.

Bastiaansen, W.  G.  M,. Menenti, M., Feddes, R. A., Holtslag, A. A. M. 1998. A remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL): 1. Formulation. J. Hydrol., 212, 198–212.

Bastiaanssen, W. G. M., Ahmad, M. D., Chemin, Y. 2002. Satellite surveillance of evaporative depletion across the Indus Basin. Water Resour. Res., 38 (12), 1273-1282. 

Carrasco-Benavides, M., Ortega-Farı´as, S., Lagos, L. O., Kleissl, J., Morales. L., Poblete-Echeverrı´a, C., Allen, R.G. 2012. Crop coefficients and actual evapotranspiration of a drip-irrigated Merlot vineyard using multispectral satellite images. Irrig. Sci., 30:485–497.

Dugas, W. A., Fritschen, L. J., Gay, L. W., Held, A. A., Matthias, A. D., Reicosky, D. C., Steduto, P., Steiner, J. L. 1991. Bowen ratio, eddy correlation and portable chamber measurements of sensible and latent heat flux over irrigated spring wheat. Agric. Meteorol., 56: 1–20.

FAO. 1998. Crop ET (guidelines for computing crop water requirements). Irrigation and Drainage Paper No. 56. Rome: FAO; p. 290.

Folhes, M. T., Renno, C. D., Soares, J. V. 2009. Remote sensing for irrigation water management in the semi-arid Northeast of Brazil. Agric. Water Manag., 96(10): 1398–1408.

French, A. N., Hunsaker, D. J., Thorp, K. R. 2015. Remote sensing of evapotranspiration over cotton using the TSEB and METRIC energy balance models. Remote Sens. Environ., 158: 281-294.

Galleguillos, M., Jacob, F., Prevot, L., Lagacherie, P., Liang, SL. 2011. Mapping daily evapotranspiration over a Mediterranean vineyard watershed. IEEE Geosci. Remote Sens. Lett., 8(1): 168–172.

Junior, P. F., Sousa, A. M., Vitorino, M. I., De Souza, E. B., De Souza, P. J. O. P. 2013. Estimate of evapotranspiration in eastern Amazonia using SEBAL. Revista de Ciencias Agrarias/Amazonian J. Agric. Environ. Sci., 56: 33–39.

Kustas, W. P., Norman, J. M. 1996. Use of remote sensing for evapotranspiration monitoring over land surface. IAHS Hydrol. Sci. J., 41(4): 495–516.

Kustas, W. P., Norman, J. M., Anderson, M. C., French, A. N. 2003. Estimating subpixel surface temperatures and energy fluxes from the vegetation index-radiometric temperature relationship. Remote Sens. Environ., 85: 429–440.

Li, F., Lyons, T. J. 2002. Remote estimation of regional evapotranspiration. Environ. Model. Softw., 17: 61-75.

Marsal, J., Girona, J., Casadesus, J., Lopez, G., Stockle, C. O. 2013. Crop coefficient (Kc) for apple: comparison between measurements by a weighing lysimeter and prediction by CropSyst. Irrig. Sci. 31: 455–463.

Michael, M. G., Bastiaansen, W. G. M. 2002. A new simple method to determine crop coefficients for water allocation planning from satellites: results from Kenya. Irrig. Drain. Syst., 14: 237-256.

Oberg, J. W., Melesse, A. M. 2006. Evapotranspiration dynamics at an ecohydrological restoration site: an energy balance and remote sensing approach. J. Amer. Water Resour. Assoc., 42 (3): 565–582.

Ogawa, S., Murakaml, T., Ishitsuka, N., Saito, G. 1999. Evapotranspiration estimates from fine-resolution NDVI. National Institute of Agro- Environmental Science (Japan).

Parodi, G. N. 2000. AVHRR hydrological analysis sestem. Algorithm and theory, Version 1.0, WRES, Netherlands.

Rahimi, S., Gholami Sefidkouhi, M. A., Raeini-Sarjaz, M., Valipour, M. 2015. Estimation of actual evapotranspiration by using MODIS images (a case study: Tajan catchment). Arch. Agron. Soil Sci., 61 (5): 695-709.

Singh, R. K., Irmak, A. 2009. Estimation of crop coefficients using satellite remote sensing. J Irrig Drain Eng ASCE, 135(5):597–608.

Singh, R. K., Irmak, A. 2011. Treatment of anchor pixels in the METRIC model for improved estimation of sensible and latent heat fluxes. Hydrol. Sci. J., 56(5): 895–906.

Stewart, J. L., Watts, C. J., Rodriguer, J. C., De Bruin, H. A. R., Van De Berg, A. R., Garatuza-Payan, J. 1999. Use of satellite data to estimate radiation and evaporation for Northwest Mexico. Agric. Water Manage., 38: 181-193.

Teixeira, A. D. C., Bastiaanssen, W.G.M., Ahmad, M.D., Bos, M.G. 2009. Reviewing SEBAL input parameters for assessing evapotranspiration and water productivity for the low-middle São Francisco river basin, Brazil. Agric. Forest Meteorol., 149: 462–476.

Testi, L., Villalobos, F. J., Orgaz, F. 2004. Evapotranspiration of a young irrigated olive orchard in southern Spain. Agric. For. Meteorol., 121(1–2): 1–18.

United Nations Environment Programme (UNEP), Global Environmental Outlook 2000, Earthscan, London, 1999.

Yang, Y. T., Shang, S. H., Jiang, L. 2012. Remote sensing temporal and spatial patterns of evapotranspiration and the responses to water management in a large irrigation district of north China. Agric. Fores. Meteorol., 164: 112–122.